Sub-seasonal streamflow forecasts for hydropower dams in the brazilian eletrical interconnected system

Abstract

Inflow prediction on sub-seasonal timescale have the potential for important contributions to the management of water resources in hydroelectric dam operations. These forecasts challenge the limitations of the medium-term and extend it, bridging a long-standing technical-scientific gap in the forecasting field. In Brazil, the use of sub-seasonal hydrological predictions can boost the hydroelectric production of the National Interconnected System (SIN), since inflow forecast in reservoirs of up to 2 weeks are routinely used using a rain-flow model. This study aimed at the statistical evaluation of hydrological forecasts of up to 6 weeks using a hydrological-hydrodynamic model on a continental scale associated with ensemble precipitation forecasts generated by an atmospheric model, producing future streamflow in the continent basins, and consequently at the SIN’s hydroelectric dams. The statistical evaluation was based on deterministic scores typically used by the SIN operating agent, and additionally we assessed the skill of forecasts based on atmospheric models in relation to simpler forecasts based on the climatology of observed inflows. The performance of the forecasts varies according to the season and geographic location, that is, depending on different hydrological regimes. The best performances were obtained in dams located in the southwest and central-west regions, which have well-defined seasonality, while dams in the south showed greater sensitivity in metrics according to the season. The study presented serves as a technical-scientific contribution for agents and decision makers who seek to improve water resource management by incorporating extended forecasts into the operational chain.

As previsões de afluências em horizonte sub sazonal apresenta potencial para contribuições importantes na gestão de recursos hídricos em operações de barragens hidroelétricas. Estas previsões desafiam as limitações do horizonte de médio-prazo e o estende, preenchendo uma lacuna técnico-cientifica de longa data no ramo das previsões. No Brasil, o uso de previsões hidrológicas em horizonte sub sazonal apresenta potencial para alavancar a produção hidroelétrica do Sistema Interligado Nacional (SIN), uma vez que rotineiramente são empregadas previsões de afluências em reservatórios de até 2 semanas por meio de modelo chuva-vazão. Este estudo objetivou a avaliação estatística de previsões hidrológicas de até 6 semanas utilizando um modelo hidrológico-hidrodinâmico em escala continental associados a previsão de precipitação por conjunto geradas por modelo atmosférico para produzir vazões futuras nas bacias do continente, e consequentemente para as bacias das usinas hidroelétricas do SIN. A avaliação estatística se baseou em métricas determinísticas tipicamente utilizadas pelo agente operador do SIN, e adicionalmente a habilidade das previsões baseadas em modelo atmosférico em relação a previsões baseada na climatológica das vazões observadas nas usinas. A performance das previsões varia de acordo com a estação do ano e localização geográfica, isto é, dependente de regimes hidrológicos distintos. As melhores performances foram obtidas em usinas localizadas nas regiões sudoeste e centro-oeste que possuem sazonalidade bem definida, ao passo que usinas do sul apresentaram maior sensibilidade nas métricas de acordo com a estação do ano. O estudo apresentado servem como contribuição técnico-cientifica para agentes e tomadores de decisão que buscam aprimorar a gestão do recurso hídrico incorporando as previsões estendidas na cadeia operacional.